JP4462871B2

JP4462871B2 - モータドライバ及び磁気ディスク装置

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Publication number: JP4462871B2
Application number: JP2003297858A
Authority: JP
Inventors: 光明大尾
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2023-08-21
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Description

本発明は、直流モータを駆動するモータドライバに関するもので、特に、モータコイルを流れる電流を検出して入力電圧のオフセット電圧を補正するモータドライバに関する。又、本発明は、このモータドライバにより磁気ヘッドが駆動制御される磁気ディスク装置に関する。

ハードディスクの磁気ヘッドを移動させるための動力を発生するＶＣＭ（Voice Coil Motor）などの直流モータを駆動制御するモータドライバは、直流モータを構成するモータコイルに出力する駆動電流の電流値を制御することで、直流モータの速度制御を行う。従来の技術として、直流モータのモータコイルが駆動したときに発生する逆起電力を分圧抵抗を流れる電流値より検出し、検出した逆起電力より直流モータを速度制御する直流モータの速度制御回路が提案されている（特許文献１参照）。

この速度制御回路では、分圧抵抗を構成する一方の抵抗の抵抗値を切り換えることによって、段階的に回転速度を変更している。又、直流モータの回転速度の変更に伴い、その対負荷トルク特性が変化するが、この負荷トルクの変更を抑制するために分圧抵抗と電源電圧との間に直流モータと並列に接続された抵抗の抵抗値を切り換える。

又、このような直流モータの速度制御を行うモータドライバにおいて、直流モータのモータコイルにおける逆起電力を検出する図７のような構成の逆起検出回路が設けられる。直流モータのモータコイルＬの一端に一端が接続された抵抗Ｒｓと、抵抗Ｒｓの他端に一端が接続された抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１の他端に反転入力端子が接続されるとともに抵抗ＲｓとモータコイルＬとの接続ノードに非反転入力端子が接続された差動増幅回路Ａ１と、差動増幅回路Ａ１の反転入力端子と出力端子との間に接続された可変抵抗Ｒ２と、差動増幅回路Ａ１の出力端子に一端が接続された抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ３の他端に一端が接続されて他端に直流電圧Ｖｒｅｆが印加された抵抗Ｒ４と、モータコイルＬの他端に一端が接続された抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続ノードに非反転入力端子が接続されるとともに抵抗Ｒ５の他端に反転入力端子が接続された差動増幅回路Ａ２と、差動増幅回路Ａ２の反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ６と、を備える。

このように構成することで、図７の逆起検出回路は、差動増幅回路Ａ１からモータコイルＬにより逆起電圧を成分として含む信号を出力する。しかしながら、モータドライバの環境温度に応じて、モータコイルＬの内部抵抗の抵抗値が変更するため、このモータコイルＬの内部抵抗の抵抗値の変化によるオフセットが差動増幅回路Ａ２の出力に現れる。そこで、図７の逆起検出回路は、このモータコイルＬの内部抵抗の抵抗値の変化によるオフセットを除くために、この差動増幅回路Ａ２の出力端子に非反転入力端子が接続されるとともに反転入力端子に基準となる直流電圧Ｖｏｆｆが印加された差動増幅回路Ａ３と、差動増幅回路Ａ３の出力に応じて計数動作を行うとともに計数値に比例した抵抗値に可変抵抗Ｒ２の抵抗値を変更させる抵抗値調整用カウンタ１００と、を備える。

この差動増幅回路Ａ３がコンパレータとして動作することで、抵抗値変更用カウンタ１００が入力されるクロックの周期毎に差動増幅回路Ａ３の出力に応じて計数動作を行い、この計数値に応じた抵抗値となるように可変抵抗Ｒ２の抵抗値を調整する。このとき、まず、ハードディスクの磁気ヘッドを移動させるＶＣＭの場合、磁気ヘッドを軸又はランプエリアの内壁と当接させて固定した状態とし、逆起電力が働かない状態にするとともに、抵抗値調整用カウンタ１００を初期値にリセットする。そして、差動増幅回路Ａ２からの出力が差動増幅回路Ａ３で基準電圧Ｖｏｆｆと比較され、差動増幅回路Ａ２からの出力が高いときは差動増幅回路Ａ３からハイとなる出力が抵抗値調整用カウンタ１００に与えられる。

よって、抵抗値調整用カウンタ１００は、クロックが与えられると１つ計数した後、その計数値に応じた抵抗値となるように、可変抵抗Ｒ２の抵抗値を変更する。このように可変抵抗Ｒ２の抵抗値を切り換えた後、同様の動作を行うことで、差動増幅回路Ａ２からの出力が基準電圧Ｖｏｆｆと比較され、一致しないときは、抵抗値調整用カウンタ１００が計数動作を行って可変抵抗Ｒ２の抵抗値を変更する。又、差動増幅回路Ａ２からの出力が基準電圧Ｖｏｆｆと一致したときは、差動増幅回路Ａ３からの出力がローとなり、抵抗値調整用カウンタ１００の計数動作を終了し、可変抵抗Ｒ２の抵抗値を決定する。

このようにして、差動増幅回路Ａ２からの出力が基準電圧Ｖｏｆｆと一致してオフセットのない状態となるように可変抵抗Ｒ２の抵抗値を調整する。よって、図７の逆危険出回路は、温度により変化する直流モータのモータコイルＬの内部抵抗の抵抗値によって生じるオフセットを解消することができる。
特公平８−４３９１号公報

図７のように構成することで、直流モータのモータコイルＬの内部抵抗の抵抗値によって生じるオフセットを解消することができるが、そのオフセットが解消されるまで、抵抗値調整用カウンタ１００が１つずつ計数動作を行うとともに、その計数値に比例した抵抗値に切り換えて調整を行う。そのため、オフセットを解消されるまで可変抵抗Ｒ２の抵抗値を調整するのに、時間がかかる。よって、この図７のような構成による逆危険出回路を備えたモータドライバは、初期設定を行うための時間が十分に必要となるため、動作開始までに時間がかかる。又、特許文献１における直流モータの速度制御回路では、直流モータのモータコイルＬの温度変化による内部抵抗の抵抗値によって生じるオフセットを自動的に解消するための機構は設けられていない。

このような問題を鑑みて、本発明は、温度変化により発生するオフセットを自動的に解消するための可変抵抗の抵抗値を自動的に切り換える機能を備えるとともに、この可変抵抗の抵抗値を自動的に切り換える機能を単純化することができるモータドライバ及び当該モータドライバを備えた磁気ディスク装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本明細書中に開示されている第１の構成のモータドライバは、直流モータのモータコイルに発生する逆起電圧を検出して検出信号を出力する逆起検出部と、該逆起検出部で検出された逆起電圧に基づいて前記モータコイルに供給する駆動電流の電流値を設定して出力する速度制御部と、を備えるモータドライバにおいて、前記モータコイルによる前記直流モータが駆動不可能な状態として前記逆起電圧が発生しない状態とした後、まず、前記モータコイルに供給する前記駆動電流の電流値を０としたときの前記逆起検出部の出力を第１出力として読み込み、次に、前記モータコイルに供給する前記駆動電流の電流値を所定値としたときの前記逆起検出部の出力を第２出力として読み込むとともに、前記第１出力及び前記第２出力の差分に基づいて前記前記モータコイルの内部抵抗の変化による前記逆起検出回路の出力に現れるオフセットを求めて、前記逆起検出部の増幅率を変化させて当該オフセットを除去するオフセット演算部を、備えることを特徴とする。

又、本明細書中に開示されている第２の構成のモータドライバは、前記逆起検出部が、前記モータコイルの一端と一端が接続された検出用抵抗と、前記検出用抵抗の他端と一端が接続された第１抵抗と、前記第１抵抗の他端と一端が接続された第２抵抗と、前記第１抵抗及び前記第２抵抗の接続ノードに一方の入力端子が接続されるとともに、前記第２抵抗の他端に出力端子が接続され、前記モータコイルと前記検出用抵抗との接続ノードに他方の入力端子が接続された第１差動増幅回路と、前記差動増幅回路からの出力が一方の入力端子に接続されるとともに、前記モータコイルの他端が他方の入力端子に接続された第２差動増幅回路と、を備え、前記オフセット演算部によって、前記第１出力及び前記第２出力の差分に比例した抵抗値だけ前記第２抵抗を変化させることによって、前記モータコイルの内部抵抗の変化による前記逆起検出回路の出力に現れるオフセットを除去する。これにより、その構成を簡単なものとすることができる。

又、本明細書中に開示されている第３の構成のモータドライバは、前記逆起検出部が、前記第２差動増幅回路からの０〜Ｖｃとなる出力をアナログ／デジタル変換してｎビットのデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路を備え、前記第２抵抗の抵抗値の初期値をＲｘとし、前記アナログ／デジタル変換回路から出力される前記第１出力をＸ１、前記アナログ／デジタル変換回路から出力される前記第２出力をＸ２としたとき、前記所定値となる駆動電流が正であるとき、前記第２抵抗の抵抗値を、Ｒｘ×（１−（Ｘ２−Ｘ１）／２^n-1）に設定し、前記所定値となる駆動電流が負であるとき、前記第２抵抗の抵抗値を、Ｒｘ×（１＋（Ｘ２−Ｘ１）／２^n-1）に設定する。

又、本明細書中に開示されている第４の構成のモータドライバは、前記駆動電流の所定値の絶対値をＩｏ、前記検出抵抗の抵抗値をＲｓ、前記第１抵抗の抵抗値をＲ１、前記第２差動増幅回路による増幅率をＡとしたとき、Ｖｃ＝Ａ×Ｉｏ×Ｒｓ×（２Ｒｘ）／Ｒ１の関係を満たす。そして、このとき、本明細書中に開示されている第５の構成のモータドライバは、前記第２抵抗が、抵抗値がＲｘ／２⁰、Ｒｘ／２¹、Ｒｘ／２²、…、Ｒｘ／２^n-2、Ｒｘ／２^n-1となる直列に接続されたｎ個の抵抗と、当該ｎ個の抵抗それぞれと並列に接続されたｎ個のスイッチとより構成されるとともに、前記オフセット演算部よりｎビットのデジタル信号が出力されて、当該ｎビットのデジタル信号における上位からｋビット目の信号によって、前記第２抵抗における抵抗値がＲｘ／２^k-1となる抵抗と並列に接続された前記スイッチのＯＮ／ＯＦＦが制御され、前記所定値となる駆動電流が正であるとき、前記オフセット演算部から２^n-1−（Ｘ２−Ｘ１）となるｎビットのデジタル信号が前記第２抵抗の前記ｎ個のスイッチに与えられ、前記所定値となる駆動電流が負であるとき、前記オフセット演算部から２^n-1＋（Ｘ２−Ｘ１）となるｎビットのデジタル信号が前記第２抵抗の前記ｎ個のスイッチに与えられる。

又、本明細書中に開示されている第６の構成のモータドライバは、上記第１〜第５いずれかの構成のモータドライバにおいて、前記逆起電圧が発生しないときのオフセットを除去する減算部を備えるとともに、前記逆起電圧が発生しないときに前記逆起検出部から正規に出力される第３出力と前記第１出力との差分を、前記逆起電圧が発生しないときのオフセットとして前記オフセット演算部で格納し、前記逆起検出部から出力より前記オフセット演算部で格納された前記第３出力と前記第１出力との差分を減算した値を前記検出信号として出力することを特徴とする。

又、本明細書中に開示されている第７の構成のモータドライバは、上記第１〜第６いずれかの構成のモータドライバにおいて、前記逆起検出部及び前記速度制御部が１つの半導体集積回路装置に構成されるものとする。更に、このとき、本明細書中に開示されている第８の構成のモータドライバは、前記逆起検出部からの検出信号が外部の制御回路に出力され、該制御回路で前記検出信号に基づいて演算された値が前記速度制御部に入力される。

本明細書中に開示されている第９の構成の磁気ディスク装置は、上記第１〜第８いずれかの構成のモータドライバと、当該モータドライバによって駆動制御される前記直流モータと、前記直流モータの動力が伝達されることによって、磁気ディスクの径方向に移動する磁気ヘッドと、前記磁気ディスクがその中心に嵌合される軸と、前記磁気ディスクの外側に設けられるとともに、前記磁気ヘッドを内部に格納するランプ領域と、を備え、前記磁気ヘッドを前記軸又は前記ランプ領域の内壁と当接させたときに前記オフセット演算部により前記直流モータにおける前記モータコイルの内部抵抗の変化による前記逆起検出回路の出力に現れるオフセットを求めて、前記逆起検出部の増幅率を変化させて当該オフセットを除去することを特徴とする。

本発明によると、モータドライバ内に逆起検出部の増幅率を変化させてオフセットを除去するオフセット演算部を設けたので、外部でオフセットを除去するための演算を行う必要がなく、外部に設けられた制御部に対する負担を軽減させることができる。又、温度変化によるモータコイルの変化に対するオフセットを除去することができるため、モータドライバの設置環境下における温度変化に関わらず、高精度に直流モータを制御することができる。又、オフセット演算部において簡単な演算を行うことでモータドライバの初期化を行うことができるため、初期化にかかる時間を短縮することができる。更に、逆起検出部からのデジタル信号を利用して、第２抵抗の抵抗値を変更することができるため、オフセット演算部での演算処理を簡単なものとすることができる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のモータドライバを構成する半導体集積回路装置の内部構成を示すブロック図である。図２は、図１のモータドライバを構成する半導体集積回路装置内に構成される逆起検出回路の内部構成を示す回路ブロック図である。又、図１及び図２において、図７と同一の目的で使用する部分及び素子については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１のモータドライバを構成する半導体集積回路装置１は、ＶＣＭなどの直流モータのモータコイルＬに駆動電流を供給する電流制御回路１１と、直列に接続されたモータコイルＬと抵抗Ｒｓとの各接点の電圧が入力されてモータコイルＬにおける逆起電圧を検出する逆起検出回路１２と、ＣＰＵ２において逆起検出回路１２からの検出信号より設定された電流制御回路１１から出力する駆動電流の電流値を決定する電流制御信号をＤＡ変換して電流制御回路１１に与えるＤＡ変換回路１３と、を備える。

このような半導体集積回路装置１においてモータドライバが構成されるとき、逆起検出回路１２で抵抗Ｒｓ及びモータコイルＬそれぞれにかかる電圧よりモータコイルＬにおける逆起電圧が検出される。そして、検出された逆起電圧を表す検出信号が逆起検出回路１２より半導体集積回路装置１と別の装置であるＣＰＵ２に与えられると、この検出信号に基づいて、モータコイルＬに流す電流値を決定する電流制御信号がＣＰＵ２で生成される。そして、この電流制御信号が再び半導体集積回路装置１に入力されると、ＤＡ変換回路１３でデジタル信号からアナログ信号に変換されて電流制御回路１１に与えられる。よって、電流制御回路１１が、電流制御信号の値に基づいて電流値が設定される駆動電流を出力してモータコイルＬに供給することで、モータコイルＬによる直流モータが駆動制御される。

又、逆起検出回路１２は、図２に示すように、図７の逆起検出回路と同様、抵抗Ｒ１，Ｒ３〜Ｒ６及び可変抵抗Ｒ２及び差動増幅回路Ａ１，Ａ２を備えるとともに、更に、差動増幅回路Ａ２からの出力をＡＤ変換するＡＤ変換回路１４と、ＡＤ変換回路１４からの出力を演算することで差動増幅回路Ａ２のオフセットを求めて可変抵抗Ｒ２の抵抗値を設定するオフセット演算回路１５と、ＡＤ変換回路１４からの出力からオフセット演算回路１５で格納されたオフセットを減算する減算回路１６とを備え、減算回路１６から出力されるデジタル信号を検出信号としてＣＰＵ２に出力する。

このように構成される逆起検出回路１２において、差動増幅回路Ａ２の出力値Ｖは、抵抗Ｒｓ，Ｒ１及び可変抵抗Ｒ２及びモータコイルＬの内部抵抗それぞれの抵抗値をＲｓ、Ｒ１、Ｒ２、ＲＬとするとともに、モータコイルＬへの駆動電流の電流値をＩｏ、モータコイルＬにおける逆起電圧がＶｘであるとすると、（１）式のように表される。尚、（１）式におけるＡ、Ｂは、定数である。

Ｖ＝Ａ×（Ｉｏ×（ＲＬ−（Ｒ２／Ｒ１）×Ｒｓ）＋Ｖｘ＋Ｂ） …（１）

よって、可変抵抗Ｒ２の抵抗値を調整して、ＲＬ−（Ｒ２／Ｒ１）×Ｒｓ＝０とすることで、（１）式で表される検出信号よりモータコイルＬへの駆動電流の電流値Ｉｏによる要素を除去することができ、差動増幅回路Ａ２の出力値Ｖを逆起電圧に比例した値とすることができる。又、この差動増幅回路Ａ２からの出力値Ｖの範囲が０〜Ｖｃであるとき、モータコイルＬによる逆起電圧Ｖｘが０となるとき、検出信号の値をＶｃ／２に相当する値のデジタル信号にする必要がある。そのため、差動増幅回路Ａ２からの出力Ｖには、Ａ×Ｂ−Ｖｃ／２となる値がオフセットとして含まれる。よって、このオフセットとなるＡ×Ｂ−Ｖｃ／２に相当する値のデジタル信号をオフセット演算回路１５で格納して減算回路１６に与える。このようにすることで、減算回路１６から、オフセットの含まれないモータコイルＬの逆起電圧のみを表す検出信号を出力することができる。

上述のように可変抵抗Ｒ２を調整しても、モータドライバが設置される環境の温度が変化すると、モータコイルＬの内部抵抗の抵抗値ＲＬが変化する。そのため、モータコイルＬの内部抵抗の抵抗値がＲＬからＲＬ±ΔＲＬ変化すると、その値が±ΔＶ＝±Ａ×ΔＲＬ×Ｉｏとなるオフセットが減算回路１６から出力される検出信号に現れる。このため、モータドライバは、駆動開始する際、この温度変化によるオフセットを防ぐために、可変抵抗Ｒ２の抵抗値を変更して差動増幅回路Ａ２の出力から±ΔＶ＝±Ａ×ΔＲＬ×Ｉｏに相当するオフセット電圧を除去させる必要がある。

この温度変化により検出信号に現れるオフセットを除去するための構成について、以下に詳細に説明する。上述のオフセットΔＶを除去するために、可変抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ２からＲ２±ΔＲ２に変化するものとすると、オフセットΔＶと可変抵抗Ｒ２の抵抗値の変化量との関係を（２）式のようにする必要がある。今、ＡＤ変換回路１４の出力がｎビットのデジタル信号である場合、ＡＤ変換回路１４の出力値Ｖの量子化単位ΔｖがＶｃ／２ⁿとなるとともに、０〜２ⁿ−１となる値のデジタル信号が出力される。又、差動増幅回路Ａ２の出力がＶｃ／２となるとき、ＡＤ変換回路１４から出力されるデジタル信号の値が２^n-1となる。このとき、モータコイルＬの内部抵抗の変化によるＡＤ変換回路１４の出力値Ｖに現れるオフセットΔＶは、（３）式のように表すことができる。尚、Ｘは、１≦Ｘ≦２^n-1の整数である。

ΔＶ＝Ａ×Ｉｏ×（ΔＲ２／Ｒ１）×Ｒｓ …（２）
ΔＶ＝Δｖ×Ｘ …（３）

又、可変抵抗Ｒ２をΔｒ２毎に変化するものとし、変化量ΔＲ２がＸ×Δｒ２と等しいものとすると、Δｒ２とΔｖとの関係が（４）式のように表される。よって、可変抵抗Ｒ２の抵抗値は、その量子化単位をΔｒ２としてｎビットに分割される。このとき、可変抵抗Ｒ２を、図３のように、抵抗値がΔｒ２×２^n-1、Δｒ２×２^n-2、…、Δｒ２×２¹、Δｒ２×２⁰となる直列に接続された抵抗Ｒａ１，Ｒａ２，…，Ｒａｎ−１，Ｒａｎと、抵抗Ｒａ１〜Ｒａｎそれぞれと並列に接続されたＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔｎとによって構成する。即ち、可変抵抗Ｒ２の抵抗値Ｒ２は、０≦Ｒ２≦Δｒ２×２ⁿ−１の範囲で変化させることができる。

Δｖ＝Ａ×Ｉｏ×（Δｒ２／Ｒ１）×Ｒｓ …（４）

又、この可変抵抗Ｒ２の抵抗値の中間値をＲｘ（＝Δｒ２×２^n-1）としたとき、抵抗Ｒａ１，Ｒａ２，〜，Ｒａｎ−１，Ｒａｎの抵抗値がそれぞれ、Ｒｘ／２⁰、Ｒｘ／２¹、…、Ｒｘ／２^n-2、Ｒｘ／２^n-1となる。この抵抗値Ｒｘと直流電圧Ｖｃとの関係が、（５）式のように表される。よって、電流値Ｉｏを定数値として、抵抗値Ｒｘを、Ｖｃ×Ｒ１／（２×Ａ×Ｉｏ×Ｒｓ）としても構わないし、抵抗Ｒｘを定数値として、電流値Ｉｏを、Ｖｃ×Ｒ１／（２×Ａ×Ｒｘ×Ｒｓ）としても構わない。

Ｖｃ＝Ａ×Ｉｏ×（２Ｒｘ／Ｒ１）×Ｒｓ …（５）

このように可変抵抗Ｒ２が構成されるとき、オフセット演算回路１５によってＭＯＳトランジスタＴ１〜ＴｎがＯＮ／ＯＦＦ制御されることによって、可変抵抗Ｒ２の抵抗値が設定される。即ち、ＭＯＳトランジスタＴｋ（ｋは、１≦ｋ≦ｎの整数）がＯＮとされると、抵抗Ｒａｋの抵抗値が可変抵抗Ｒ２の抵抗値に加算されず、又、ＭＯＳトランジスタＴｋがＯＦＦとされると、抵抗Ｒａｋの抵抗値が可変抵抗Ｒ２の抵抗値に加算されることとなる。

又、オフセット演算回路１５では、まず、モータコイルＬへ供給する駆動電流を０としたときのＡＤ変換回路１４からの出力Ｘ１を読み込んで、減算回路１６で減算するオフセットとして記録する。そして、モータコイルＬに逆起電圧が発生しないように直流モータが回転しない状態として、所定値Ｉｏとなる駆動電流をモータコイルＬに供給したときのＡＤ変換回路１４からの出力Ｘ２を読み込み、駆動電流がＩｏのときのＡＤ変換回路１４の出力Ｘ２から駆動電流が０のときのＡＤ変換回路の出力Ｘ１を減算する。そして、この減算した値Ｘ２−Ｘ１に基づいて、ＭＯＳトランジスタＴ１〜ＴｎのＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、可変抵抗Ｒ２の抵抗値を設定する。

このようにオフセット演算回路１５が動作するとき、例えば、本実施形態のモータドライバが、図４のようにディスク２０の表面上を磁気ヘッド２１を移動させるための動力を与える直流モータの駆動制御を行う場合、ディスク２０の外側に設置されるとともに磁気ヘッド２１を待避させるランプエリア２２内壁の外周側又はディスク２０中心に設置される軸２３に当接させて、オフセットの検出を行う。尚、図４（ａ）がディスク２０の上面からみた図であり、又、図４（ｂ）が断面図である。又、図４（ａ）において、ランプエリア２２から軸２３への方向を表す矢印Ｄａが磁気ヘッド２１のロードさせる方向を示し、又、軸２３からランプエリア２２への方向を表す矢印Ｄｂが磁気ヘッド２１のアンロードさせる方向を示す。

即ち、ランプエリア２２の内壁の外周側に磁気ヘッド２１を当接させて、矢印Ｄｂの方向へ移動させる動力を与えるように、モータコイルＬから抵抗Ｒｓの方向に流れる駆動電流を電流制御回路１１よりモータコイルＬに供給することで、可変抵抗Ｒ２の抵抗値を設定する。又、軸２３に磁気ヘッド２１を当接させて、矢印Ｄａの方向へ移動させる動力を与えるように、抵抗ＲｓからモータコイルＬの方向に流れる駆動電流を電流制御回路１１よりモータコイルＬに供給することで、可変抵抗Ｒ２の抵抗値を設定する。更に、抵抗ＲｓからモータコイルＬの方向に流したときの駆動電流の電流値が正の値となるものとする。

よって、軸２３に磁気ヘッド２１を当接させた場合、モータコイルＬに供給する駆動電流が正の値であるので、ＡＤ変換回路１４からの出力に現れるオフセットがＸ２−Ｘ１となる。そのため、設定される可変抵抗Ｒ２の抵抗値が、Ｒｘ−Δｒ２×（Ｘ２−Ｘ１）と設定される。又、ランプエリア２２に磁気ヘッド２１を当接させた場合、モータコイルＬに供給する駆動電流が負の値であるので、ＡＤ変換回路１４からの出力に現れるオフセットが−（Ｘ２−Ｘ１）となる。そのため、設定される可変抵抗Ｒ２の抵抗値が、Ｒｘ−Δｒ２×（Ｘ１−Ｘ２）と設定される。

このように構成したときの逆起検出回路１２の初期設定動作について、図５及び図６のタイミングチャートを参照して説明する。又、ｎ＝４とし、ＡＤ変換回路１４で４ビットのデジタル信号に変換されるものとする。即ち、可変抵抗Ｒ２が、抵抗値Ｒｘ／２⁰、Ｒｘ／２¹、Ｒｘ／２²、Ｒｘ／２³となる抵抗Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒａ３，Ｒａ４と、抵抗Ｒａ１〜Ｒａ４それぞれと並列に接続されたＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４とによって構成される。

この初期設定動作が開始されるとき、オフセット演算回路１５から（２^4-1）₁₀＝（１０００）₂となる信号に対して、１桁目の「１」に相当する信号がゲートに与えられるＭＯＳトランジスタＴ１がＯＦＦとされるとともに、２〜４桁目の「０」に相当する信号がゲートに与えられるＭＯＳトランジスタＴ２〜Ｔ４がＯＮとされる。よって、可変抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒａ１とＯＮとなるＭＯＳトランジスタＴ２〜Ｔ４とが直列に接続された状態となるため、その抵抗値が抵抗値Ｒｘ／２⁰となる。

そして、軸２３に磁気ヘッド２１を当接させてオフセットが確認されるとき、まず、図５（ａ）のように１つ目の内部クロックＣ１が逆起検出回路１２に入力されたとき、図５（ｂ）のようにモータコイルＬに供給する駆動電流を０とする。そして、２つ目の内部クロックＣ２が入力されると、オフセット演算回路１５が、ＡＤ変換回路１４からの出力Ｘ１を読み込んで、（Ｘ１−８）₁₀を減算回路１６に与えるオフセットとして格納する。

そして、３つ目の内部クロックＣ３が入力されると、図５（ｂ）のようにモータコイルＬに供給する駆動電流の電流値を正の値となるＩｏとする。その後、４つ目の内部クロックＣ４が入力されたときに、ＡＤ変換回路１４からの出力Ｘ２を読み込んで、（８−（Ｘ２−Ｘ１））₁₀を求めるとともに、（８−（Ｘ２−Ｘ１））₁₀となる４ビットの信号を可変抵抗Ｒ２に出力する。よって、（８−（Ｘ２−Ｘ１））₁₀となる４ビットの信号によって、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４のＯＮ／ＯＦＦが制御されて、可変抵抗Ｒ２の抵抗値が設定される。

即ち、内部クロックＣ２が与えられたときに読み込まれた出力Ｘ１が（１００１）₂であり、内部クロックＣ４が与えられたときに読み込まれた出力Ｘ２が（１０１１）₂であるものとする。このとき、内部クロックＣ２が与えられると、減算回路１６に与えるオフセットとして、（Ｘ１−８）₁₀＝（０００１）₂がオフセット演算回路１５に格納される。

又、内部クロックＣ４が与えられると、（８−（Ｘ２−Ｘ１））₁₀＝（１０００−（１０１１−１００１））₂＝（０１１０）₂がオフセット演算回路１５で求められて、可変抵抗Ｒ２に与えられるため、２、３桁目の「１」に相当する信号がゲートに与えられるＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３がＯＦＦとされるとともに、１、４桁目の「０」に相当する信号がゲートに与えられるＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ４がＯＮとされる。このようにすることで、可変抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒａ２，Ｒａ３とＯＮとなるＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ４とが直列に接続された状態となるため、その抵抗値が抵抗値Ｒｘ／２¹＋Ｒｘ／２²となる。

又、内部クロックＣ２が与えられたときに読み込まれた出力Ｘ１が（１００１）₂であり、内部クロックＣ４が与えられたときに読み込まれた出力Ｘ２が（０１１１）₂であるものとする。このとき、内部クロックＣ２が与えられると、減算回路１６に与えるオフセットとして、（Ｘ１−８）₁₀＝（０００１）₂がオフセット演算回路１５に格納される。

又、内部クロックＣ４が与えられると、（８−（Ｘ２−Ｘ１））₁₀＝（１０００−（０１１１−１００１））₂＝（１０１０）₂がオフセット演算回路１５で求められて、可変抵抗Ｒ２に与えられるため、１、３桁目の「１」に相当する信号がゲートに与えられるＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ３がＯＦＦとされるとともに、２、４桁目の「０」に相当する信号がゲートに与えられるＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ４がＯＮとされる。このようにすることで、可変抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒａ１，Ｒａ３とＯＮとなるＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ４とが直列に接続された状態となるため、その抵抗値が抵抗値Ｒｘ／２⁰＋Ｒｘ／２²となる。

逆に、ランプエリア２２に磁気ヘッド２１を当接させてオフセットが確認されるとき、まず、図６（ａ）のように１つ目の内部クロックＣ１が逆起検出回路１２に入力されたとき、図６（ｂ）のようにモータコイルＬに供給する駆動電流を０とする。そして、２つ目の内部クロックＣ２が入力されると、オフセット演算回路１５が、ＡＤ変換回路１４からの出力Ｘ１を読み込んで、（Ｘ１−８）₁₀を減算回路１６に与えるオフセットとして格納する。

そして、３つ目の内部クロックＣ３が入力されると、図６（ｂ）のようにモータコイルＬに供給する駆動電流の電流値を負の値となる−Ｉｏとする。その後、４つ目の内部クロックＣ４が入力されたときに、ＡＤ変換回路１４からの出力Ｘ２を読み込んで、（８＋（Ｘ２−Ｘ１））₁₀を求めるとともに、（８＋（Ｘ２−Ｘ１））₁₀となる４ビットの信号を可変抵抗Ｒ２に出力する。よって、（８＋（Ｘ２−Ｘ１））₁₀となる４ビットの信号によって、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４のＯＮ／ＯＦＦが制御されて、可変抵抗Ｒ２の抵抗値が設定される。

又、内部クロックＣ４が与えられると、（８＋（Ｘ２−Ｘ１））₁₀＝（１０００＋（１０１１−１００１））₂＝（１０１０）₂がオフセット演算回路１５で求められて、可変抵抗Ｒ２に与えられるため、１、３桁目の「１」に相当する信号がゲートに与えられるＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ３がＯＦＦとされるとともに、２、４桁目の「０」に相当する信号がゲートに与えられるＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ４がＯＮとされる。このようにすることで、可変抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒａ１，Ｒａ３とＯＮとなるＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ４とが直列に接続された状態となるため、その抵抗値が抵抗値Ｒｘ／２⁰＋Ｒｘ／２²となる。

又、内部クロックＣ４が与えられると、（８＋（Ｘ２−Ｘ１））₁₀＝（１０００＋（０１１１−１００１））₂＝（０１１０）₂がオフセット演算回路１５で求められて、可変抵抗Ｒ２に与えられるため、２、３桁目の「１」に相当する信号がゲートに与えられるＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３がＯＦＦとされるとともに、１、４桁目の「０」に相当する信号がゲートに与えられるＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ４がＯＮとされる。このようにすることで、可変抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒａ２，Ｒａ３とＯＮとなるＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ４とが直列に接続された状態となるため、その抵抗値が抵抗値Ｒｘ／２¹＋Ｒｘ／２²となる。

上述したそれぞれの例のように動作することで、差動増幅回路Ａ２からの出力からモータコイルＬの内部抵抗によるオフセットを除去した値が、ＡＤ変換回路１４から出力されるため、モータコイルＬへの駆動電流の電流値を正の値となるＩｏとしたまま内部クロックＣ５が与えられたとき、ＡＤ変換回路１４からの出力が（１００１）₂となる。このとき、減算回路１６でオフセット（０００１）₂が減算されるため、減算回路１６から出力される検出信号の値が（１０００）₂となる。

本発明のモータドライバの構成を示すブロック図。図１のモータドライバ内の逆起検出回路の内部構成を示す回路ブロック図。図２の逆起検出回路内の可変抵抗の構成を示す回路図。図１のモータドライバによって直流モータが駆動されるハードディスクの構成を示す図。逆起検出回路の初期設定動作を示すタイミングチャート。逆起検出回路の初期設定動作を示すタイミングチャート。従来の逆起検出回路の構成を示す回路図。

符号の説明

１半導体集積回路装置
２ＣＰＵ
１１電流制御回路
１２逆起検出回路
１３ＤＡ変換回路
１４ＡＤ変換回路
１５オフセット演算回路
１６減算回路
Ｒ１，Ｒ３〜Ｒ６，Ｒｓ抵抗
Ｒ２可変抵抗
Ａ１，Ａ２差動増幅回路
Ｌモータコイル

Claims

直流モータのモータコイルに発生する逆起電圧を検出して検出信号を出力する逆起検出部と、該逆起検出部で検出された逆起電圧に基づいて前記モータコイルに供給する駆動電流の電流値を設定して出力する速度制御部と、を備えるモータドライバにおいて、
前記逆起検出部は、
前記モータコイルの一端と一端が接続された検出用抵抗と；
前記検出用抵抗の他端と一端が接続された第１抵抗と；
前記第１抵抗の他端と一端が接続された第２抵抗と；
前記第１抵抗及び前記第２抵抗の接続ノードに一方の入力端子が接続されるとともに、前記第２抵抗の他端に出力端子が接続され、前記モータコイルと前記検出用抵抗との接続ノードに他方の入力端子が接続された第１差動増幅回路と；
前記第１差動増幅回路からの出力が一方の入力端子に接続されるとともに、前記モータコイルの他端が他方の入力端子に接続された第２差動増幅回路と；
前記第２差動増幅回路からの出力をアナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換回路と；
前記アナログ／デジタル変換回路からの出力を演算することで前記第２差動増幅回路のオフセットを求めて前記第２抵抗の抵抗値を設定するオフセット演算回路と；
前記アナログ／デジタル変換回路からの出力から前記オフセット演算回路で格納されたオフセットを減算する減算回路と；
を備え、前記減算回路からの出力を前記検出信号として出力するものであり、
前記オフセット演算回路は、前記逆起検出部に入力される所定の内部クロックに応じて前記アナログ／デジタル変換回路からの出力の読み込み、前記減算回路に与えるオフセットの格納、並びに、前記第２抵抗値の抵抗値の設定を行うものであり、
前記逆起検出部の初期設定動作として、
まず、前記モータコイルに前記逆起電圧が発生しないように前記直流モータが回転しない状態とされた後、
１つ目の前記内部クロックが入力されたときに、前記モータコイルに供給する前記駆動電流の電流値が０とされ、
２つ目の前記内部クロックが入力されたときに、前記オフセット演算回路において、前記アナログ／デジタル変換回路からの出力が第１出力として読み込まれるとともに、前記逆起電圧が発生しないときに前記アナログ／デジタル変換回路から正規に出力されるべき所定の第３出力と前記第１出力との差分が、前記減算回路に与えるオフセットとして格納され、
３つ目の前記内部クロックが入力されたときに、前記モータコイルに供給する前記駆動電流の電流値が所定値とされ、
４つ目の前記内部クロックが入力されたときに、前記オフセット演算回路において、前記アナログ／デジタル変換回路からの出力が第２出力として読み込まれるとともに、前記第１出力と前記第２出力の差分に比例した抵抗値だけ前記第２抵抗の抵抗値が変化されることにより、前記逆起検出部の増幅率が変化され、前記モータコイルの内部抵抗の変化に起因して前記逆起検出部の出力に現れるオフセットが除去されることを特徴とするモータドライバ。
前記アナログ／デジタル変換回路は、前記第２差動増幅回路からの０〜Ｖｃとなる出力をアナログ／デジタル変換してｎビットのデジタル信号に変換する回路であり、
前記第２抵抗の抵抗値の初期値をＲｘとし、
前記アナログ／デジタル変換回路から出力される前記第１出力をＸ１、前記アナログ／デジタル変換回路から出力される前記第２出力をＸ２としたとき、
前記所定値となる駆動電流が正であるとき、前記第２抵抗の抵抗値を、Ｒｘ×（１−（Ｘ２−Ｘ１）／２ ^n-1 ）に設定し、
前記所定値となる駆動電流が負であるとき、前記第２抵抗の抵抗値を、Ｒｘ×（１＋（Ｘ２−Ｘ１）／２ ^n-1 ）に設定することを特徴とする請求項１に記載のモータドライバ。
前記駆動電流の所定値の絶対値をＩｏ、前記検出用抵抗の抵抗値をＲｓ、前記第１抵抗の抵抗値をＲ１、前記第２差動増幅回路による増幅率をＡとしたとき、
Ｖｃ＝Ａ×Ｉｏ×Ｒｓ×（２Ｒｘ）／Ｒ１
の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載のモータドライバ。
前記第２抵抗が、抵抗値がＲｘ／２ ⁰ 、Ｒｘ／２ ¹ 、Ｒｘ／２ ² 、…、Ｒｘ／２ ^n-2 、Ｒｘ／２ ^n-1 となる直列に接続されたｎ個の抵抗と、当該ｎ個の抵抗それぞれと並列に接続されたｎ個のスイッチとより構成されるとともに、
前記オフセット演算回路よりｎビットのデジタル信号が出力されて、当該ｎビットのデジタル信号における上位からｋビット目の信号によって、前記第２抵抗における抵抗値がＲｘ／２ ^k-1 となる抵抗と並列に接続された前記スイッチのＯＮ／ＯＦＦが制御され、
前記所定値となる駆動電流が正であるとき、前記オフセット演算部から２ ^n-1 −（Ｘ２−Ｘ１）となるｎビットのデジタル信号が前記第２抵抗の前記ｎ個のスイッチに与えられ、
前記所定値となる駆動電流が負であるとき、前記オフセット演算部から２ ^n-1 ＋（Ｘ２−Ｘ１）となるｎビットのデジタル信号が前記第２抵抗の前記ｎ個のスイッチに与えられることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のモータドライバ。
前記逆起検出部及び前記速度制御部が１つの半導体集積回路装置に構成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のモータドライバ。
前記逆起検出部からの検出信号が外部の制御回路に出力され、該制御回路で前記検出信号に基づいて演算された値が前記速度制御部に入力されることを特徴とする請求項５に記載のモータドライバ。
請求項１〜請求項６のいずれかに記載のモータドライバと、
当該モータドライバによって駆動制御される前記直流モータと、
前記直流モータの動力が伝達されることによって、磁気ディスクの径方向に移動する磁気ヘッドと、
前記磁気ディスクがその中心に嵌合される軸と、
前記磁気ディスクの外側に設けられるとともに、前記磁気ヘッドを内部に格納するランプ領域と、
を備え、
前記磁気ヘッドを前記軸又は前記ランプ領域の内壁と当接させたときに前記オフセット演算回路により前記直流モータにおける前記モータコイルの内部抵抗の変化による前記逆起検出部の出力に現れるオフセットを求めて、前記逆起検出部の増幅率を変化させて当該オフセットを除去することを特徴とする磁気ディスク装置。